儲存月報第54期：企業儲存處理器架構新變局

延續了將近10年，Intel一統企業儲存處理器的局面，終於在近期出現了鬆動，以入門級NAS與超融合系統作為突破口，AMD處理器進入了企業儲存設備，Arm處理器被應用在入門級NAS上也有一段時日。另一方面，中高階儲存陣列則陸續引進輔助處理器，以解決通用處理器無法因應複雜負載的問題。

在2010年代初期以前，儲存設備採用的處理器，原本是百花齊放的情況，如入門級領域常見的有Marvell、FreeScale的處理器，中高階則有PowerPC與Intel等，再加上許多儲存廠商還搭配自身專屬的ASIC晶片，作為輔助I/O處理角色，與核心處理器構成混合架構，使得儲存處理器的架構十分多樣化。

不過從2010年代起，情況有了轉變。一方面，隨著處理器複雜性的提高，處理器的開發成本、時程與成本也大幅提高，其他處理器廠商逐漸跟不上腳步，讓Intel成為唯一活躍的儲存處理器供應商。另一方面，隨著軟體定義儲存架構的盛行，也讓各式各樣的專屬ASIC晶片，逐漸退出儲存處理器應用，改為通用處理器包攬所有儲存管理與I/O處理工作。

於是，儲存設備的處理器架構，也逐漸演變為Intel力推的x86架構統治的局面，從低階的入門級產品，到中、高階儲存陣列，系統核心幾乎都全面被各式各樣的Intel x86處理器所占據，其他廠牌、架構的處理器，以及專屬的ASIC晶片，都被擠出主流儲存處理器架構外。

Intel統治局面的鬆動

然而過去幾年來，Intel對儲存處理器的統治，卻有了鬆動。

首先，隨著Intel處理器在技術變革「擠牙膏」式保守策略，導致更大膽採用新技術的AMD，有了重回伺服器與桌上型主流處理器市場的機會。連帶的，也開始有廠商在NAS、超融合系統等產品上，引進AMD處理器。

其次，在嵌入式處理器領域，Intel始終無法達到理想的低功耗要求，以致讓Arm Cortex處理器架構不斷攻城掠地，進而也開始有NAS廠商，在低階的入門級產品上嘗試採用。

最後，是隨著即時壓縮、重複資料刪除等資料縮減技術，以及加密等功能，在儲存應用上的普及，也讓通用處理器包攬所有運算服務的純粹軟體定義架構，已難以承載新一代儲存平臺的運算需求，這也導致基於ASIC、FPGA、以至Arm的輔助處理器獲得更多重視，在過去2年來，陸續重新回到中、高階儲存設備的處理器架構中，用於卸載通用處理器的負擔。

而前述3個面向的儲存處理器應用新趨勢，也促使儲存設備的處理器架構，有了重回10多年前「百花齊放」時代的跡象。

AMD處理器入侵企業儲存應用

早在3、4年前，AMD處理器便開始進入入門級NAS應用。例如國產兩大NAS品牌——群暉（Synology）與威聯通（QNAP），旗下都有搭載AMD處理器的產品，涵蓋了桌上型與機架式機箱款式。

如群暉X21系列中的RS1221+/RS1221RP+、DS1821+，DS1621+，以及威聯通的TS-x77與TS-x77U，都是搭載AMD Ryzen處理器。

不過對於整個企業儲存應用來說，入門級NAS算是較為邊緣的類型，影響力有限。但過去1年來，情況又有了改變，AMD處理器平臺開始進入超融合系統領域，包括HPE與Dell等一線儲存大廠，先後推出了基於AMD處理器平臺的超融合產品。

相較於傳統儲存陣列或NAS，屬於軟體定義儲存範疇的超融合系統，是近年來成長最快、最受矚目的產品類型之一，因而AMD處理器進入這類產品應用，也成為不可忽視的一個信號。

首先是HPE在2020年5月，在SimpliVity超融合系統產品線中，增加1款採用AMD處理器的SimpliVity 325 Gen 10，可選擇安裝16～64核心的AMD EPYC 7002處理器。

接著Dell也分別在2020年6月2021年1月，在VxRail超融合產品線的E系列與P系列中，增加了AMD EPYC處理器平臺的機型，包括E系列中的E665（含E665F與E665N），與P系列中的P675（含P675F與P675N） ，可選擇安裝8～64核心的AMD EPYC 7002處理器。

比起Intel的同級處理器，AMD的EPYC與Ryzen處理器，賣點在於具有更高的性能價格比，以及更快引進新技術（如第2代EPYC 率先支援了PCIe 4.0）。不過，目前應用AMD處理器的超融合與NAS儲存設備，都是「通用硬體」色彩較濃厚的產品類型，產品核心其實是軟體。儘管如此，這些儲存設備的問世，仍是主流儲存產品處理器多元化發展的重要起步。

Arm架構在NAS應用的興起

事實上，Arm架構處理器很早就被應用在儲存設備上，10多年前曾流行一時、廣為中低階儲存設備採用的Intel XScale處理器，便屬於ARMv5架構的一員。

不過，隨著Intel在2000年代初期放棄了XScale（2006年轉賣給Marvell），轉為推動x86處理器的儲存應用，在缺乏Intel這類巨頭廠商的推動下，Arm架構處理器也逐漸淡出了儲存設備應用。

然而近4、5年來，隨著Arm Cortex架構處理器在行動裝置與嵌入式系統上的風行，也開始有廠商嘗試在入門級NAS上採用Arm Cortex處理器。

比起Intel處理器，Arm處理器勝在成本與低功耗，適合小規模、單純的檔案共享存取作業，也適用於講求低成本、低散熱需求的低階入門級NAS產品。目前幾家重要的入門級NAS廠商，包括群暉、威聯通與Drobo等，旗下都有基於Arm處理器的NAS產品，例如群暉與威聯通多款NAS上搭載的RealTek RTD1296處理器，或是Annapurna Labs AL-214/AL-314處理器，便都是屬於Arm Cortex架構的處理器。

Arm在低階的入門級桌上型NAS領域，已經是一個重要的處理器陣營，成為成本取向機型的處理器首選。同時，隨著Arm處理器效能的持續改善，也進一步擴大Arm處理器在NAS上的應用範圍，

開始應用到機架式機型上，如群暉在2019年中推出的RS819，便是基於Arm處理器的1U機架式NAS。

輔助處理器重回儲存陣列核心架構

在軟體定義儲存潮流下，被x86通用處理器踢出儲存應用的各式各樣專用輔助處理器，在這1、2年又陸續回到中高階儲存陣列的核心架構。

原因在於，資料縮減與加密等進階功能，大幅加重了處理器運算負荷，已經不是純軟體定義架構下，依靠通用處理器包攬一切運算的做法所能應付，這也促成了輔助處理器重回儲存核心架構的契機，透過輔助處理器來卸載資料縮減與加密運算的負擔，以確保整體系統的效能。

而比起10多年前的通用處理器，加上ASIC I/O處理器混合架構，當前的輔助處理器形式也更為多樣化，既有ASIC、FPGA與Arm等處理器，整合方式也有嵌入控制器端、整合於附加板卡模組，或嵌入SSD儲存裝置等多種類型。

搭載AMD處理器的超融合系統產品

繼入門級NAS之後，AMD處理器也開始進入超融合產品的應用，HPE與Dell兩家大廠都推出了搭載AMD第2代EPYC處理器的超融合系統節點，照片為3款基於AMD處理器的超融合系統，由上到下分別為HPE SimpliVity 325、Dell Vxrail E665與P675。

圖片來源：Dell, HPE